组态控制技术在啤酒生产中的应用分析

工作效率，减少系统的维护工作量，其直观方便的操作方式也得到了广大工程技术人员的认可。

目前国内外工业控制组态软件已经形成系列化的发展趋势[1]：在国外市场美国GE公司的Complicity、AB公司（Rockwell自动化）的RSView32、西门子公司的WINCC组态控制系统已经占据主导地位；国内组态技术的发展也日新月异，主要产品有组态王、力控、浙大中控 、和利时、组态王、MCGS等。

组态控制技术的核心功能就是通过模块化的功能设计，按照工程技术人员的要求组合相关系统运行信息形成新的应用系统的一种工具。啤酒酿造工业作为工控过程系统的一种典型系统，对先进工控技术的运用具有一定的引领作用。

1 啤酒酿造工艺特点

啤酒作为一种低酒精度富含丰富营养的饮料酒是世界上公认的营养食品。随着我国经济水平和人民生活质量的不断提高国内的啤酒产量每年保持8%-10%的稳定增长量[2]。随着人们对啤酒口感和品质要求的不断提高迫使工业生产技术和手段的不断提升。啤酒生产的主要过程是由麦芽培养、糖化处理、发酵处理、过滤提纯、灭菌灌装等几个主要部分组成，各个工序之间有严格的顺序要求。

目前啤酒酿造企业主导的生物发酵技术对过程控制的精度和性能指标有严格的要求，在所有加工环节中糖化发酵过程是啤酒酿造过程的关键环节。糖化发酵过程主要包括粉碎处理、糖化加工（发酵处理）、原料配比处理、麦汁预处理等主要步骤，每个步骤要严格控制其温度、压力等关键指标以确保发酵过程的顺利进行。由于此过程是一个非常复杂的生物化学培养过程，对产品的最终口感和品质起着决定性的作用，因此这些参数的控制尤为重要。

2 组态控制的总体要求

在组技术件出现之前传统控制系统主要通过专业开发公司来开发针对特定控制系统的系统监控程序，不仅开发周期长、可靠性差其功能的灵活性有极大的约束。组态技术是使用灵活的组态方式帮助用户快速便捷的构建出符合自身工业控制要求的监控系统。组态技术不仅能满足常规的监视和控制需求，随着目前网络技术的飞速发展目前主流组态软件均能支持各种工控设备和常见的通信协议，这为组态技术解决大规模分布式控制系统的监控调试提供了坚实的保障。

在目前啤酒酿造工业中对组态控制要求通常有以下几方面的控制要求[3]：（1）丰富灵活的画面显示组态功能。由于目前主流操作系统是windows图形界面显示系统，组态软件的界面美观、功能实用是控制系统的首要需求，通过丰富的图形工具用户可以随心所欲的绘制出各种工业画面。（2）强大的兼容性需求。随着目前工业标准的统一需求，组态系统的兼容性也是用户考虑的主要方面。这就要求组态系统向上可以与管理层之间实现无缝对接、向下可以实现与底层设备的数据通信。（3）灵活便捷的控制环节。随着对产品控制品质的不断提升，组态系统控制手段的先进性和灵活性遭遇前所未有的挑战。通过丰富的模块化设计在最大程度上满足了工程设计人员的控制需求。（4）集成数据处理与典型功能块。为提升系统的数据处理环节要求组态系统可以兼容目前计算机系统的各种主流数据库，与此同时常规控制功能也需要集成到组态系统之中，以最大程度的提升组态系统的开发效率。

3 啤酒酿造过程中的关键组态技术

啤酒酿造工艺过程复杂、监控对象多、数据量大根据生产系统的实际要求，组态控制系统需要实现的关键技术主要包含以下几个方面[4]。

（1）数据通信技术。组态监控技术作为人机交互的直接手段，数据是一切监控界面的灵魂，因此畅通无阻的获取数据是整个控制系统的基础功能也是最关键技术。上位机可以从下位机、可编程控制器、智能仪表、远程IO获取数据并将它们转化成为的系统需要的标准形式，同时组态系统也需要将上位机发出的控制指令转换成现场设备能够接受的具体形式，因此确立上位机组态系统和现场设备的双向数据通信技术是组态控制技术的首要关键技术。

（2）人机对话技术。组态技术的关键功能是监视与控制功能，因此良好的人机对话技术是组态技术的又一关键技术。操作人员可以通过此功能对啤酒酿造的关键过程中的阀门、温度、压力、电机运行状态灯实时参数进行监控。人机对话界面应可以实现对现场设备实现手动、自动控制，在自动控制无效的情况下可以通过人工的方式对生产过程进行调控。良好的人机对话技术可以在最大程度上保证产品的品质，从而增加产品的市场认可度。

（3）数据管理技术。由于啤酒酿造过程复杂工艺控制精度要求高，因此生产过程中很多过程数据需要保存分析，为提高产品品质保驾护航。由于设备本身功能限制不可能在单一设备中实现太多复杂功能，需要组态系统兼容目前主流的数据管理软件，如SQL、ORCALE、ACCESS等主流数据库和常见的ODBC数据源。通过借助第三方数据处理软件提升组态系统的功能也是组态技术数据管理功能非常重要的一个组成部分，目前大部分的组态软件均开放标准接口以提升自身的数据管理功能。

（4）报表处理技术。啤酒酿造过程中数据量大统计起来非常复杂，需要组态控制系统具有较强的报表处理功能。通过报表处理应能反映出啤酒生产过程中各个生产过程中结论性数据，为人工进行产品品质控制提供最为可靠地判断标准。通过报表功能可以最大程度的对生产过程实现精细化管理。报表管理应能实现灵活的功能配置和丰富的报表展现形式，为酿造关键步骤提供数据采样和过程管理服务。

（5）报警管理及安全管理技术。针对生产过程中出现的紧急情况，组态系统应能够做出正确的处理并及时通知现场工作人员，对现场故障应能做到及时提醒和故障记录功能。报警管理技术对系统操作人员和工艺管理人员来说非常的重要，是保证产品生产品质和提升工艺质量的重要参考依据。与此同时为防止系统的误操作和非法操作的发生，预防大面积停运和重大生产事故的发生系统需要完善的安全管理技术。组态系统在设计之初就考虑到此方面的需求，目前市场上的主流组态系统的安全管理有角色管理和权限管理两种主要机制，针对不同的用户赋予不同的权限，经过实践证明都是非常有效的安全管理形式。

4 酿造系统的组态结构

由于啤酒酿造工艺流程长、系统参数多组态系统主要采用树形目录的结构形式来安排组态系统的框架结构。系统主要分为生产流程控制、数据控制、工艺设置、辅助系统控制等主要部分，具体结构系统如图1所示。

5 结语

目前组态控制技术已经在啤酒生产、水泥生产、化工行业、电站等工程实际中得到了广泛的应用并取得了良好的控制效果。组态控制技术以其生产过程可视化、流程化、动态化等优点得到了工业控制领域工程技术人员的广泛好评，随着目前信息技术和网络技术的飞速发展组态控制技术必将迎来新的挑战与机遇。

参考文献

[1] 李帆.基于WinCC的啤酒糖化生产过程自动控制系统[D].保定：华北电力大学，2011.

[2] 吴清亮.组态软件在生产过程控制中的应用及研究[D].南京：河海大学.2003.

[3] 王丽艳.基于组态技术的蒸汽锅炉控制系统[J].电子设计工程，2014，22（01）：88-90.

[4] 袁浩，白瑞峰，房朝晖，等.模拟啤酒生产线可视化中央监控系统设计与实现[J].实验技术与管理，2014，31（09）：120-123.

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